zum Directory-modus

Ionenkanäle: Einführung

Schneller Durchfluss bei hoher Selektivität: Strukturelle und energetische Aspekte

Nach dem Durchbruch mit der Strukturaufklärung des bakteriellen K+-Kanals KcsA 1998 veröffentlichte die gleiche Arbeitsgruppe drei Jahre später eine verfeinerte Struktur des Kanalproteins, die - zusammen mit elekrophysiologischen Untersuchungen und Computersimulationen - zu einem tieferen Verständnis der fundamentalen Prinzipien des Ionenflusses in biologischen Strukturen beigetragen haben: Die Arbeiten zeigen in atomaren Details, wie Ionen im Selektivitätsfilter koordiniert werden. Sie enthüllen den Übergang von Ionen in wässrigem Milieu zum Kanalinneren und die Natur von Wasser-Molekülen in der inneren Hydrathülle eines Kations.

Messungen zeigen, dass Kalium-Ionen unter physiologischen Bedingungen mit Geschwindigkeiten bis zu 108 Ionen pro Sekunde durch den Kanal hindurchfließen. Um solch hohe Diffusionsraten zu katalysieren, muss das Kanalprotein ein K+-Ion befähigen, innerhalb einer Zeit von etwa 10 ns seine Hydrathülle abzustreifen und durch die Pore hindurchzutreten - und das auch noch mit hoher Selektivität. Wie die Natur im Laufe der Evolution dieses Problem auf sehr elegante Weise gelöst hat, ist in dem folgenden 3D-Tutorial zu sehen:

Mouse
Abb.1
Der bakterielle Kalium-Kanal KcsA

Die generelle Architektur des Kanals, von der Seite gesehen. Der extrazelluläre Raum liegt oben, das Cytoplasma unten.

In der Röntgenstruktur wurden sieben potenzielle Bindungsstellen für Kalium-Ionen gefunden.

Das am nächsten zum Cytoplasma gelegene Kalium-Ion befindet sich in einem wassergefüllten Hohlraum und ist in seiner inneren Hydrathülle von acht diskreten Wasser-Molekülen umgeben, die auf den Ecken eines verdrehten Würfels sitzen. PDB-Eintrag: 1K4C

Literatur

Zhou, Y.; Morais-Cabral, J.; Kaufman, A.; MacKinnon, R. (2001): Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 Å resolution. In: Nature. 414 , 43-48

Zugang zur PubMed-Datenbank

Seite 8 von 8>